Banan och bomullsgräs som vattenrenare

(1)

Banan och bomullsgräs som vattenrenare

Undersökning av förmågan att adsorbera koppar och nickel

Banana and cogongrass as water purifier

A study of adsorption of copper and nickel

Andreas Buhrgard Rasmus Thunell

Handledare:

Ann-Catrine Norrström

AL125x Examensarbete i Energi och miljö, grundnivå

Stockholm 2016

(2)

Sammanfattning

Detta arbete har undersökt banans (Musa paradisiaca) och bomullsgräs (Imperata cylindrica) förmåga att adsorbera koppar och nickel, samt konkurrensen mellan dessa metaller. Syftet med detta är att bidra till möjligheterna att utveckla billig och resurseffektiv teknik för rening av

metallkontaminerat vatten i Uganda. Arbetet har utgjorts av en laborationsstudie, en litteraturstudie av kunskapsläget på samma ämne, samt även en diskussion förankrad i teori om hållbar utveckling.

Laborationsresultaten visade att i en lösning där koncentrationen av kopparjoner dominerar, verkar banan vara en bättre adsorbent. När kopparjonerna får konkurrens i form av nickeljoner i samma koncentration, verkar bomullsgräs vara ett bättre alternativ. Vid jämförelse av kunskapsläget kunde konstateras att metallkoncentrationen är en starkare drivande faktor än biomassakoncentrationen vad gäller adsorptionen av koppar och nickel. Kunskapsläget skiljde också sig på en punkt jämfört med vårt arbete; banans förmåga att adsorbera nickel och koppar i binär lösning. Vår studie visar att koppar adsorberas mest, kunskapsläget det omvända. Utifrån teori om hållbar utveckling har arbetet identifierats befinna sig närmare vidare forskning inom en miljömässig dimension, än faktisk

implementering i samhället. Detta eftersom utformandet, konstruerandet och användandet av reningsteknik innebär mer komplexa system; det är inte avgränsat till vår studerade teknik, nämligen rening genom adsorption.

Nationell ämneskategori:

Miljövetenskap

(3)

Abstract

This project has investigated the capability of banana (Musa paradisiaca) and cogongrass (Imperata cylindrica) to adsorb copper and nickel, and the concurrence between these two metals. The overall purpose was to contribute to the possibilities of developing affordable and resource effective technology for metal contaminated water in Uganda. The project included a laboratory study, a literature study regarding the contemporary state of knowledge, and eventually a discussion anchored in theory of sustainable development. The laboratory results showed that in a solution where the concentration of copper ions dominates, banana seems to be a better adsorbent. When the copper ions get concurrence from nickel ions, the cogongrass seems to be a better alternative. A comparison of the state of knowledge, showed that the metal concentration is a stronger driving force than the biomass concentration in the adsorption of copper and nickel. Compared to our study, the state of knowledge differed in one aspect; the capability of banana to adsorb nickel and copper in a binary solution. Our study showed that copper was adsorbed to the largest extent, the state of knowledge the contrary. Based on theory of sustainable development the project has been identified as being closer related to further research with an environmental focus, rather than actual

implementation in society. This is because the formation, construction and usage of purification technology are all associated with more complex systems; they are not limited to the main technology of our study, namely purification by adsorption.

Area of subject:

Environmental science

(4)

Innehållsförteckning

Sammanfattning ... 2

Abstract ... 3

Innehållsförteckning ... 4

1. Introduktion ... 1

1.1 Bakgrund ... 1

1.2 Metaller ... 1

1.2.1 Koppar ... 1

1.2.2 Nickel ... 2

1.3 Biomassor ... 3

1.3.1 Banan (Musa Paradisiaca) ... 3

1.3.2 Bomullsgräs (Imperata cylindrica) ... 4

1.4 Adsorption ... 4

1.5 Syfte & Delmål ... 5

2. Metod ... 6

2.1 Preparation av prover och laborationsutförande ... 6

2.2 Bearbetning av data ... 6

2.3 Felkällor ... 7

3. Tidigare studier ... 8

3.1 Banan (Musa paradisiaca) ... 8

3.2 Bomullsgräs (Imperata cylindrica) ... 9

4. Hållbar utveckling ... 11

5. Laborationsresultat ... 13

6. Diskussion ... 15

6.1 Jämföra med kunskapsläget ... 15

6.1.1 Banan – singulär lösning ... 15

6.1.2 Banan – binär lösning ... 15

6.1.3 Bomullsgräs – singulär lösning ... 16

6.1.4. Analys av tidigare studier och arbetets likheter och skillnader ... 17

6.2 Arbetets roll för forskning och implementering ur ett HU-perspektiv ... 17

7. Slutsats ... 21

8. Referenser ... 23

(5)

1

1. Introduktion 1.1 Bakgrund

Kilembe koppargruva är belägen i västra Uganda, ca 300 km väster om Kampala vid östra sidan av Rewenzoribergen. I gruvan har det brutits i huvudsak koppar och kobolt. Fyndigheten består av en skiktformad koppar- och kobolthaltig sulfidmalmskropp av vilken det mellan 1956 och 1978 bröts ca 16 miljoner ton malm med ett kopparinnehåll på 270 000 ton (Hartwig 2005). I nära anslutning till gruvan ligger River Nyamwamba, vilken leder ner till Lake George via Queen Elizabeths National Park (Denny 1995). Sedan gruvverksamheten lades ned har metaller kontinuerligt läckt från området till Nyamwamba. Gruvschakt under mark och dagbrott samt malmmassor och avfallsdammar vid gruvan, men också lager av kobolthaltig pyrit från processverket i Kasese, har gett upphov till spridning av metaller (Hartwig 2005). Ett urval av metallkoncentrationer vid två mätstationer kan ses i tabell 1. På senare år har intresset för gruvan ökat och planer på att åter öppna för gruvverksamhet finns

(Asiimwe 2014).

Tabell 1. Metallkoncentrationer vid River Nyamwamba och Kilembe koppargruva.

Norrström (2016).

Lake George och nationalparken har varit aktuella i bland annat Hartwig (2005) och Denny (1995) där läckage av föroreningar från gruvområdet har studerats. I nationalparken passerar vattnet bland annat genom ett träskområde innan det når sjön. Detta träskområde har visat sig fungera som en skyddszon där tungmetaller som återfinns vid gruvområdet binds till sediment och växter och förhindrar större läckage till sjön (Denny 1995). Både träskområdet och sjön har påverkats av de förhöjda metallhalterna; växtligheten i träskområdet har förändrats och fisk i sjön har förhöjda halter av metaller med effekter såsom minskad storlek på lever (Denny 1995). Dessa metaller riskerar i sin tur att transporteras vidare i näringskedjan då fisken i Lake George utgör en viktig födokälla för lokalbefolkningen i området (Denny 1995).

1.2 Metaller

För att belysa de hälsorelaterade problem som kan uppstå då koppar och nickel läcker ut i vatten och vidare i näringskedjan har två rapporter från Världshälsoorganisationen använts; WHO (2004) och WHO (2007). Dessa rapporter består bland annat av sammanställningar av studier och

undersökningar av hälsoeffekter på människor av koppar respektive nickel. Rapporterna ligger till grund för WHO:s riktlinjer för dricksvattenkvalitet samt tolererbart dagligt intag (TDI) av metallerna.

Här ges en sammanfattning av de för detta arbete mest relevanta resultaten ur rapporterna.

1.2.1 Koppar

Riktlinjevärdet för koppar i dricksvatten ligger enligt WHO (2008) på 2 mg/liter och TDI på 0,02-0,1 µg/kg kroppsvikt. WHO (2004) delar in effekterna av kopparintag i tre olika kategorier: (1) Akuta

Provtagningsplats Ni

(µg/l)

Cu (µg/l)

Zn (µg/l)

Cd (µg/l)

Pb (µg/l)

River Nyamwamba 18.0 172.7 24.2 0.188 2.3

Kilembe Mines 90.0 1604 53.4 0.445 2.6

(6)

2

problem vid stor dos, (2) symptom vid intag av lägre doser, och (3) effekter av långtidsexponering av kopparhaltigt vatten. Sammanställningar av effekter från rapporten presenteras här:

(1) Akuta direkta problem och symptom vid stor dos kopparintag.

- Inre blödningar - Hematuri (Blod i urin) - Intravaskulär hemolys*

- Methaemoglobinaemia*

- Hepatocellulär toxicitet*

- Oliguri*

- Njursvikt

(*Se WHO (2004) för detaljer)

(2) Direkta problem och symptom vid intag av lägre doser koppar.

- Huvudvärk - Illamående - Uppstötningar - Diarré

- Buksmärtor

De första symptomen vid intag av lägre doser visar sig vanligen efter 15-60 minuter. WHO (2004) menar att doser med en koncentration 4 mg/liter eller mer är nödvändigt för att dessa symptom ska uppstå, men att det för barn kan räcka med lägre doser.

(3) Effekter av långtidsexponering av kopparhaltigt vatten

Det finns fortfarande osäkerheter i effekter av långtidsexponering av förhöjda kopparhalter. Dock är det tydligt att friska vuxna människor kan klara långvarigt intag av 1-10 mg koppar per dag utan tydliga negativa effekter. Däremot löper personer med Wilsons sjukdom, samt barn och spädbarn vilka ligger i riskzonen för att få skrumplever, en större risk att påverkas negativt av långvarigt exponerande av en dos motsvarande detta. Typiska symptom som uppmätts i en del studier är leverskador och skrumplever. (WHO 2004)

1.2.2 Nickel

Riktlinjevärdet för dricksvatten ligger enligt WHO (2008) på 0,07mg/liter och TDI på 12 µg/kg

kroppsvikt. WHO (2007) delar vidare in nickelrelaterade hälsoproblem i (1) direkta symptom vid intag av nickel, (2) hudirritation och hyperkänslighet samt (3) cancerogenitet. Här redovisas dessa resultat:

(7)

3

(1) Påvisade direkta (akuta) symptom vid intag av nickel i koncentrationer mellan 1.63 mg/liter och 3 mg/liter.

- Illamående - Uppstötningar - Diarré

- Yrsel - Trötthet - Huvudvärk

- Andningssvårigheter - Påverkan på lever och njure - Synnedsättning

Förutom de redovisade symptomen har direkt konsumtion av nickel orsakat ett dödsfall (flicka, 2,5 år), vilket inträffade vid konsumtion av 15 g nickelsulfatkristaller (WHO 2007).

(2) Hudirritation och hyperkänslighet

Kontaktallergi (dermatit), med effekter i form av olika eksem är en av de vanligaste effekterna av nickel. Studier visar att ett förhöjt intag av nickel, speciellt hos personer överkänsliga mot ämnet, förvärrar symptomen med eksemen. Däremot visar flera liknande studier att symptomen initialt kan förvärrats av insättandet av en sådan dos, för att efter en period med samma intag visa på

förbättringar. Diskussioner pågår således huruvida ett förhöjt och/eller konstant nickelintag förvärrar eller endast bibehåller problemen. (WHO 2007)

(3) Cancerogenitet

Risken för cancer i lungor och näsa har visat sig öka vid exponering av nickelhaltiga ämnen. Dock har metalliskt nickel (lösta nickeljoner) inte lika tydliga kopplingar till cancerrisken. (WHO 2007)

1.3 Biomassor

För att på ett effektivt och billigt sätt hitta en lösning på problemet med metallföroreningarna har fokus riktats mot olika typer av jordbruksrestprodukter (Bakyayita 2014). Flera av dessa har visat sig ha goda egenskaper att binda bland annat kadmium och bly. I detta arbete kommer två biomassor att undersökas; banan (Musa paradisiaca) och bomullsgräs (Imperata cylindrica), för att kartlägga dessas förmågor att binda koppar och nickel.

1.3.1 Banan (Musa Paradisiaca)

Musa Paradisiaca (se figur 1) tillhör släktet Musa, och kallas i dagligt tal för banan eller matbanan. En synonym, som förekommer i tidigare studier, är Musa Sapientum (spp) (US National Germplasm System 2009). I Uganda är matbanan en viktig basföda för befolkningen och landet är en av världens största matbanansproducenter med en årlig produktion på ca 11 miljoner ton (Bakyayita 2014).

Skalet hos bananen har efter att själva bananköttet används, inte alltid någon större användning. I landsbygden kan det användas som djurfoder och till komposter, medan det i städer ofta bara går till sophanteringen (Bakyayita 2014). Detta restproduktöverskott är därmed också ett biomassamaterial med potential för användning som adsorbent vid reningsprocesser.

(8)

4

Figur 1. Musa paradisiaca. Foto: Wikimedia (2016a).

1.3.2 Bomullsgräs (Imperata cylindrica)

Imperata cylindrica (se figur 2), även känt som bomullsgräs, klassas som ett av världens mest problematiska ogräs. Växtfröna sprids lätt, har kraftiga rotsystem och växten är därmed också svår att utrota. Detta medför att den lätt tar över andra växter och på så sätt stör ekosystem. Inte minst inom jordbruket resulterar detta i stora kostnader för ogräsbekämpning. Växten har alltså inget nämnvärt ekonomiskt värde och finns i stora mängder. Därmed har också bomullsgräset potential som en billig adsorbent för rening av bland annat metallföroreningar. (Hanafiah 2010)

Figur 2. Bomullsgräs. Foto: Wikimedia (2016b).

1.4 Adsorption

Burrows et al. (2009) definierar adsorption enligt följande:”Adsorption occours when a substance sticks to the surface of a solid (the adsorbent)”. Adsorption skiljer sig alltså sig från absorption vilket sker då vätskan fångas upp av ett fast material och sprids i detta. Fastläggning av lösta ämnen kan även ske genom utfällning (Gustafsson et al. 2010a), även om adsorptionsmekanismerna är de mest intressanta i detta arbete. Adsorption innebär mer detaljerat beskrivet en reaktion mellan fasta

(9)

5

partiklars ytor och ett löst ämne, och är den för organiska ämnen och metaller, viktigaste kemiska mekanismen (Gustafsson et al. 2010a). Genom detta är också adsorption en av de processer som spelar störst roll när det kommer till metallföroreningars transport genom mark och vatten.

Gustafsson et al. (2010a) beskriver tre typer av adsorptionsmekanismer: jonbyte, ytkomplexbildning och hydrofob adsorption. Följande är en redogörelse av denna beskrivning. Den första mekanismen, jonbyte, sker med i vatten lösta joner. En positiv jon förser sig i vattenlösning med ett skal av vattenmolekyler. Vattenmolekylerna är vidare polära, och har med andra ord en positiv och en negativ sida. Är den lösta jonen positiv kommer vattenmolekylerna att ställa in sig med den negativa sidan in mot jonen och den positiva sidan ut från jonen. Partikelytor är övervägande negativt

laddade, vilket gör att jonen och dess skal av vattenmolekyler kommer att attraheras elektrostatiskt.

Genom att jonen binds elektrostatiskt och har ett visst avstånd mellan sig och den negativt laddade ytan är den också relativt lätt utbytbar mot andra joner.

Den andra mekanismen, ytkomplexbildning, är mycket starkare än jonbyte. Till skillnad från jonbyte sker här adsorptionen mycket närmare själva partikelytan, jonen har inget skal av vattenmolekyler och blir närmast en del av ytan. En jon bunden på detta vis är starkt bunden och byts i princip bara ut mot andra ytkomplexbildande joner.

Den tredje mekanismen, hydrofob adsorption, gäller för organiska ämnen med dålig förmåga att lösa sig i ett polärt lösningsmedel såsom vatten. Mekanismen är som mest aktuell då det organiska ämnet, och likaså adsorbenten, har en hög hydrofobicitet, dvs dålig förmåga att lösa sig i vatten.

Metallerna koppar och nickel kan härledas till två grupper av metaller utefter dess

fastläggningsegenskaper (i mark); Starkt respektive, Medelstarkt adsorberande metallkatjon (Gustafsson et al. 2010a). Koppar har stor benägenhet att fastläggas genom adsorption, som ytkomplex, nickel med både jonbyte och ytkomplexbildning (Gustafsson et al. 2010a).

1.5 Syfte & Delmål

Syftet med detta arbete är att bidra till möjligheterna att utveckla billig och resurseffektiv teknik för rening av metallkontaminerat vatten i ett geografiskt avgränsat område i Uganda. Arbetet har även delats in i ett antal delmål:

1. Erhålla resultat för bananskals och bomullsgräs förmåga att adsorbera metallerna koppar och nickel genom laborationsexperiment.

2. Uppskatta om de undersökta metallerna konkurrerar om biomassornas bindningsytor.

3. Jämföra resultaten med det befintliga kunskapsläget, och diskutera resultaten från vårt arbete i detta sammanhang.

4. Diskutera vilken roll vårt arbete har ur ett hållbar utveckling-perspektiv.

5. Diskutera vidare och dra slutsatser kring hur våra resultat kan användas i vidare forskning och potentiell användning i samhället.

(10)

6

2. Metod

Laboratorieutförandet baseras på Hawari et al. (2006).

2.1 Preparation av prover och laborationsutförande

Extraktionslösningar har bereddes enligt en känd metallkoncentration 1000 mg/l och spätts med 0.01M NaNO3 för att få en jonstyrka som motsvarar naturliga förhållanden. Därefter justerades lösningarnas pH till 5.0 med HNO3 eller NaOH för att även detta motsvara naturliga förhållanden i jord och grundvatten.

Fyra lösningar med olika metallkoncentrationer sammanställdes sedan. Dessa kan ses i tabell 2.

Metallkoncentrationerna var tänkta att efterlikna de koncentrationer vilka uppmättes på

provtagningsplatsen enligt tabell 1. Ett undantag från detta är prov 4 där koncentrationerna sattes lika för att på så sätt undersöka om en högre halt nickel påverkar konkurrensen mellan metallerna.

Tabell 2. Extraktionslösningarnas sammansättning och metallkoncentrationer.

Extraktionslösning (nr) Cu (µg/l) Ni (µg/l)

1 1600 0

2 0 100

3 1600 100

4 1600 1600

0,5 g biomassa vägdes in i provrör, varpå 45 ml lösning tillsattes. Provet skakas därefter i skakmaskin i 24 timmar. Efter att provet hade skakats och sedimenterats sögs 20 ml av den ovanliggande

lösningen upp och filtrerades genom ett filter med 0,45µm porstorlek ner i burkar. pH justerades med HNO3 till ett pH < 2 för att undvika reaktion mellan metaller och plastburkens material. Detta gjordes samtidigt för samtliga 24 prover, tre för varje biomassa och

metallkoncentrationskombination (3 x 2 x 4 = 24 st). pH mättes i den ofiltrerade lösningen.

De kvarvarande metallkoncentrationerna mättes därefter med en ICP-MS-analys för varje prov. En ICP-MS-analys, även kallad ICP-MS-spektrometri är en analysteknik som använder sig av ICP

(Inductively Couples Plasma) och mass-spektometri (Scantec Nordic 2016). Tekniken är anpassad för att kunna detektera ämnen lösta i vatten ner till koncentrationer av storleksordningen ng/l (ALS Life Sciences 2016).

2.2 Bearbetning av data

Då den ursprungliga metallkoncentrationen i extraktionslösnigen C0, metallkoncentrationen i

extraktionslösningen vid jämvikt (efter skakning) Ce, extraktionslösningens volym V samt den tillsatta biomassans vikt M är känd, kunde adsorptionsförmågan (Q) räknas ut enligt:

 

M C C Q V  ^e

 ⁰ , QQ(1)

Den procentuellt adsorberade andelen metaller räknades ut enligt:

Adsorberad andel (%):

 

0

100 0

C Ce C 



 (2)

(11)

7

Medelvärden från varje serie av tester har beräknats för: adsorptionsförmåga, adsorberad andel metall samt pH enligt ekvation 3. I appendix A redovisas även standardavvikelse för alla värden.

𝑥_{𝑚𝑒𝑑𝑒𝑙} =^𝑥¹^+𝑥²_𝑛^+...+𝑥^𝑛 (3) 2.3 Felkällor

Eventuella felkällor i laboratorieutförandet är flera. Biomassorna har förvarats en längre tid innan laborationen utfördes. Därmed har de också haft en förhöjd risk att utsättas för luftinblandning eller annan kontaminering av oönskade ämnen.

Annars är de flesta felkällor av mänsklig karaktär. Invägningen av biomassa skedde parallellt med två olika typer av vågar. En våg med två decimalers noggrannhet, en med fyra decimalers noggrannhet.

Massan biomassan blev inte exakt på 0,50g vid varje invägning. Uppmätning av

extraktionslösningarna utfördes i 100-ml mätglas, varpå lösningen hälldes över till provrör.

Mätningen i mätglaset är i sig inte exakt och en mindre del av lösningen kan ha fastnat i mätglaset.

Rengöring av instrument, mätglas, bägare och annan utrustning skedde med destillerat vatten.

Eventuellt kvarvarande vatten efter rengöringen kan ha bidragit till utspädning av de nästkommande proverna.

(12)

8

3. Tidigare studier

För att kunna sätta in detta arbete i ett större sammanhang, jämförs dess resultat med tidigare studier. I följande del sammanfattas delar av kunskapsläget genom ett urval av tidigare studier vilka undersöker de aktuella biomassornas (musa paradisiaca och Imperata cylindrica) förmåga att adsorbera koppar och nickel.

3.1 Banan (Musa paradisiaca)

Hossain et al. (2012) undersökte bananskals förmåga att adsorbera koppar. De för vårt arbete intressanta resultaten är de experimentella data som erhölls i studien. Dessa redovisas i tabell 3 och tabell 4. Alla beräkningar av adsorptionsförmåga och adsorberad andel metall beräknades på samma sätt som i detta arbete.

Tabell 3. Uppmätt adsorptionsförmåga (Q) för olika kopparkoncentrationer och 5g/l biomassa.

Koncentration kopparlösning (mg/l) 10 50 100 200 Adsorptionsförmåga (Q) (mg/g) 1,288 8,692 17,732 29,752 Hossain et al. (2012).

Tabell 4. Adsorberad andel koppar för olika kopparkoncentrationer och massor biomassa (Data avläst ur diagram).

Koncentration Cu (mg/l) Koncentration Biomassa (g/l) Adsorberad Cu (%)

1 10 48

20 48

2,5 10 65

20 70

Hossain et al. (2012).

Ashraf et al. (2011) undersökte förmågan hos bomullsgräs att adsorbera fyra olika metaller: bly, koppar, zink och nickel. Experiment utfördes vid olika koncentrationer och binära kombinationer av metaller. De för vårt arbete intressanta resultaten presenteras i tabell 5 och tabell 6 nedan. Alla beräkningar av adsorptionsförmåga och adsorberad andel metall beräknades på samma sätt som i detta arbete.

Tabell 5. Uppmätt adsorptionsförmåga för singulära och binära lösningar av nickel och koppar.

Lösning Koncentration (mg/l) Adsorptionsförmåga (Q) (mg/g)

Ni 24.10 3,97

Ni (+ Cu) 24.10 3,67

Cu 25 4,28

Cu (+ Ni) 25 3,08

Ashraf et al. (2011)

Tabell 6. Absorberad andel nickel och koppar för singulära och binära lösningar.

Lösning Koncentration (mg/l) Adsorberad andel metall (%)

Ni 24.10 82,36 (Nickel)

Ni (+ Cu) 24.10 68,98 (Nickel)

Cu 25 86,81 (Koppar)

Cu (+ Ni) 25 Ej redovisad (Koppar)

Ashraf et al. (2011)

(13)

9 Sammanfattning från de två studierna

Sammanfattningsvis kan sägas att de båda studierna visar på liknande resultat för biomassans förmåga att adsorbera koppar. De stora skillnaderna i metallkoncentrationer och även skillnaderna i biomassor gör studierna svårjämförbara, även om samma biomassa och metall används. Ashraf et al.

(2011) visar att koppar har större benägenhet att adsorberas än nickel i singulär lösning, men att nickel har större benägenhet att adsorberas i binär lösning.

3.2 Bomullsgräs (Imperata cylindrica)

Imperata cylindrica har undersökts som adsorbent av både koppar och nickel.

Koppar

Hanafiah et al. (2008) undersökte bland annat hur initialkoncentrationen av koppar påverkade adsorptionen, med hjälp av tre olika initialkoncentrationer. Alla beräkningar av adsorptionsförmåga och adsorberad andel metall beräknades på samma sätt som i vårt arbete. Mängden biomassa var 0,1 gram för varje 50 ml-prov, vilket innebär 2 g/l. Detta kan jämföras med 11,11 g/l i vår studie.

Tabell 7. Adsorptionsförmåga (Q) av koppar i lösning med 20 g/l biomassa.

Koncentration Koppar (mg/l) Adsorptionsförmåga (Q) (mg/g)

5 2,25

10 4,20

20 5,82

När den initiala koncentrationen ändrades från 5 till 20 mg/l, ökade alltså adsorptionsförmågan (Q) från 2,25 till 5,82 mg/g (Se tabell 7).

I studien varierades också koncentrationen biomassa vid konstant koncentration koppar. Resultaten för två olika koncentrationer biomassa (1,0 och 2,0 g/l) redovisas i tabell 8 nedan. Detta kan jämföras med 11,11 g/l i vår studie.

Tabell 8. Adsorptionsförmåga och adsorberad andel av koppar för olika koncentrationer av biomassa (data avläst ur diagram).

Koncentration koppar (mg/l)

Koncentration Biomassa (g/l)

Adsorberad Cu (%) Adsorptionsförmåga (Q) (mg/g)

10 1,0 ~68 ~6

10 2,0 ~81 ~4

Hanafiah et al. (2008)

När koncentrationen av biomassa ökade från 1,0 g/l till 2,0 g/l, ökade alltså den adsorberade andelen koppar, medan adsorptionsförmågan (Q) minskade (se tabell 8).

Nickel

Hanafiah et al. (2010) gjorde en undersökning på nickel som var mycket lik studien ovan. De tre initialkoncentrationerna av metall och mängden biomassa var samma som i studien för koppar, och pH-värdet var även här 5.

(14)

10

Tabell 9. Adsorptionsförmåga av nickel i lösning med 20 g/l biomassa.

Koncentration Nickel (mg/l) q-värde (mg/g)

5 2,13

10 3,21

20 4,44

Vilket kan ses i tabell 9, så ändrades I detta fall alltså adsorptionsförmågan (Q) från 2,13 till 4,44 mg/l, när den initiala koncentrationen ändrades från 5 till 20 mg/l.

Tabell 10. Adsorptionsförmåga (Q) och adsorberad andel av nickel för olika koncentrationer av biomassa (data avläst ur diagram).

Koncentration Ni (mg/l) Koncentration Biomassa (g/l)

Adsorberad Ni (%)

Adsorptionsförmåga (Q) (mg/g)

10 1,0 ~52 ~5

10 2,0 ~62 ~3

Hanafiah et al. (2010)

När koncentrationen av biomassa ökade från 1,0 g/l till 2,0 g/l, ökade alltså den adsorberade andelen nickel, medan adsorptionsförmågan (Q) minskade.

Sammanfattning från de två studierna

Sammantaget går det enkelt att avläsa att bomullsgräset adsorberar koppar bättre än nickel vid ökade koncentrationer metall. Skillnaden är dock mycket liten vid den lägsta koncentrationen.

När det gäller koncentrationen av biomassa, visar både koppar och nickel upp samma tendens:

adsorptionsförmågan (Q) minskar och adsorberad andel (%) ökar vid ökad koncentration biomassa.

(15)

11

4. Hållbar utveckling

Ett av målen med arbetet är att diskutera dess roll ur ett hållbar utveckling-perspektiv. Nedan presenteras en teori, som sedan ligger till grund för diskussionen.

Glavic & Lukman (2007) visualiserar konceptet hållbar utveckling med hjälp av en slags pyramid med flera olika dimensioner, se figur 3. De tre klassiska dimensionerna social, ekonomisk och miljömässig hållbarhet finns med, och dessutom finns en höjddimension som beskriver vilken systemnivå i hållbarhetsarbetet olika metoder och verktyg befinner sig på. För varje steg uppåt kommer de tre traditionella dimensionerna närmare varandra, och möts slutligen i policy, det vill säga lagstiftning.

Olika termer som kopplar till hållbar utveckling är inplacerade i pyramiden. De termer vi har identifierat som relevanta för vårt projekt är inringade med rött.

Figur 3. Glavic-pyramiden med i rött inringade centrala begrepp. P = Purification, PC = Pollution Control, EE = Environmental engineering, ET = Environmental Technology. Baserad på Glavic &

Lukman (2007)

Den lägsta nivån av termer kallas för principer (principles). Det är grundläggande begrepp för åtgärder. De är avgränsade, specifika metoder, som ger vägledning för upprättandet av mer komplexa system högre upp i pyramiden (Glavic & Lukman 2007). Här har vi identifierat begreppet Purification. Detta definieras som: “the removal of unwanted mechanical particles, organic

compounds and other impurities”. Reningen kan ske med hjälp av mekanisk, kemisk eller biologisk rening (Glavic & Lukman 2007:1877).

Nästa nivå i pyramiden är tillvägagångssätt (approaches). De handlar om att applicera principerna och på så sätt göra systemet mer komplext. Begreppen är bredare och de tre dimensionerna social, ekonomisk och miljömässig hållbarhet hamnar därför närmare varandra (Glavic & Lukman 2007).

Kontroll av föroreningar (Pollution control) är en av de identifierade termerna. Den definieras av författarna som: “an approach that is designed to reduce the impacts of pollutants that are produced,

(16)

12

before they are released into the environment; this is accomplished by some type of treatment”

(Glavic & Lukman 2007:1879).

Ytterligare en systemnivå upp finns sub-systems; strategies. Här har de olika tillvägagångssätten (approaches) kopplats ihop till strategier (strategies) för att skapa ytterligare komplexitet i systemet.

De tre dimensionerna social, ekologisk och ekonomisk hållbarhet är ännu tätare sammankopplade (Glavic & Lukman 2007). Här har vi identifierat environmental (green) engineering. Definitionen lyder:

“The design, construction, operation, and use of techniques, which are feasible and economical while minimizing the generation of pollution at the source and the risk to human health and the

environment” (Glavic & Lukman 2007:1881). Det sista begreppet är environmental technology. Glavic

& Lukman definerar det som: “the systematic knowledge of, and its application to production processes, making efficient use of natural resources while reducing/recycling wastes, to control/minimize the risks of chemical substances, and to reduce pollution” (Ibid).

(17)

13

5. Laborationsresultat

De från laborationen erhållna rådata presenteras i appendix A och B.

Figur 3 och 4 visar beräknat medelvärde av adsorptionsförmågan (Q) (µg/g) för Musa paradisiaca respektive Imperata cylindrica för de fyra olika extraktionslösningarna. Figur 5 och 6 visar

medelvärdet av adsorberad andel metall för Musa paradisiaca respektive Imperata cylindrica för de fyra olika extraktionslösningarna. Standardavvikelserna för samtliga värden visas i med felstaplar i figurerna.

För samtliga diagram (3, 5, 6) gäller att skrivsättet Cu(1,6) Ni(0) innebär 1,6µg koppar/liter lösning och 0µg nickel/liter lösning. I de extraktionslösningar där antingen koppar- eller

nickelkoncentrationen initialt är noll har heller inte adsorptionsförmågan för detta ämne observerats och anges därmed med ”-” i figuren.

Figur 3. Adsorptionsförmåga (Q) hos Musa paradisiaca.

Figur 4. Adsorptionsförmågan (Q) hos Imperata Cylindrica.

Cu(1,6) Ni(0) Cu(0) Ni(0,1) Cu(1,6) Ni(0,1) Cu(1,6) Ni(1,6)

Medel, Cu (µg/g) 126,0 0,0 127,6 112,1

Medel, Ni (µg/g) 0,0 6,1 6,1 69,5

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0

Medel, Cu (µg/g) 110,4 0,0 112,5 109,2

Medel, Ni (µg/g) 0,0 5,9 5,8 100,4

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0

(18)

14

Figur 5. Andel adsorberad koppar (Cu) och nickel (Ni) hos Musa paradisiaca.

Figur 6. Andel adsorberad koppar (Cu) och nickel (Ni) hos Imperata cylindrica.

Resultaten visar att:

- Banan adsorberar koppar bättre än vad bomullsgräs gör i alla kopparhaltiga lösningar förutom i Cu(1,6) Ni(1,6). Här adsorberar biomassorna koppar i stort sett lika bra.

- Bomullsgräs adsorberar nickel bättre i Cu(1,6)-Ni(1,6) än vad banan gör. Nickel adsorberas likvärdigt av båda biomassorna i de två övriga nickelhaltiga lösningarna [Cu(0)-Ni(0,1) och Cu(1,6)-Ni(0,1)].

- Sammantaget har bomullsgräs en bättre adsorptionsförmåga när metallkoncentrationerna är likvärdiga.

Medel, Cu (%) 87,5 0,0 89,2 77,9

Medel, Ni (%) 0,0 68,2 68,4 48,3

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0

Medel, Cu (%) 76,6 0,0 78,6 75,8

Medel, Ni (%) 0,0 65,7 65,4 69,7

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0

(19)

15

6. Diskussion

6.1 Jämföra med kunskapsläget

De data om adsorptionsförmåga som inhämtats från de fyra fallstudierna har varierande relevans för detta arbete. I samtliga fallstudiers laborationer har värden avvikande från detta arbetes värden valts för biomassakoncentration och initial metallkoncentration. Även om likheter och skillnader kan påvisas mellan laborationsstudierna kan direkt jämförelse av resultat inte göras utan diskussion.

Vissa studier har en relativt liten avvikelse jämfört med detta arbete, medan andra har en större avvikelse. Se avsnitt 3; Tidigare studier och avsnitt 5; Laborationsresultat för exakta värden för de variabler som nämns i texten.

6.1.1 Banan – singulär lösning

Ashraf et al. (2011) har i singulär lösning använt sig av koppar- och nickelkoncentrationer på ca 15 respektive 240 gånger högre än denna studies största metallkoncentrationer. Jämförelse av resultaten för dessa ingående koncentrationer visar på ca 35 respektive 650 gånger högre

adsorptionsförmåga Q, än vad denna studie gör. Jämförelse av andelen metalljoner som adsorberats visar på 1 procentenhet högre för koppar och ca 14 procentenheter högre för nickel.

En stor skillnad i experimenten som Ashraf et al. (2010) utför jämfört med vårt arbete, var de betydligt högre metallkoncentrationerna i lösningarna. Även den lägsta koncentrationen på 25 mg/l är högre än vår högsta koncentration. En koncentration av biomassa på 5g/l användes, vilket är ungefär hälften av vad detta arbete gör. Andra skillnader är även att 12 timmars skaktid istället för 24 timmar används samt att pH-värdet justeras till mellan 4 och 6 istället för 5. Detta ger troligen en inverkan på laborationsresultaten.

Hossain et al. (2012) har vid undersökning av adsorptionsförmåga Q använt en lägsta

kopparkoncentration som är 6 gånger större än denna studies största. Resultaten visar 10 gånger större absorptionsförmåga. Vid undersökning av andelen adsorberad koppar har koncentrationer mer lika denna studie använts; ca hälften så stor respektive ca dubbelt så stor. Här har även koncentrationer av biomassa mer likt denna studie använts; en undersökning med 1g/l mindre och en undersökning med 9g/l mer biomassa. Vid den lägre kopparkoncentrationen är den adsorberade andelen koppar lika för båda biomassakoncentrationerna. Vid den högre kopparkoncentrationen är den adsorberade andelen koppar 22,5 procentenheter lägre jämfört med vår studie. Vid den lägre kopparkoncentrationen är den adsorberade andelen koppar 17,5 procentenheter lägre jämfört med vår studie.

Metoden bakom resultaten i skiljer sig från metoden i detta arbete i koncentrationen av koppar och biomassa. Samt att en kortare skaktid på 2 timmar (istället för 24h) används.

En högre initial metallkoncentration leder alltså enligt denna analys till en större adsorptionsförmåga Q. Samtidigt är andelen adsorberad metall mindre. Biomassan verkar alltså bli mer mättad på

metalljoner, ju högre initial koncentration som används.

6.1.2 Banan – binär lösning

Ashraf et al. (2011) har i binär lösning använt sig av koppar- och nickelkoncentrationer på ca 15 högre än denna studies största metallkoncentrationer i binär lösning. Jämförelse av resultaten för dessa ingående koncentrationer visar på ca 27 och 53 gånger högre adsorptionsförmåga Q för koppar

(20)

16

respektive nickel, än vad denna studie gör. Jämförelse av andelen metalljoner som adsorberats visar på 22 procentenheter högre för nickel. Liknande jämförelse för andel adsorberade kopparjoner kan inte göras, då data för detta saknas i Ashraf et al. (2011). Metodskillnaderna i Ashraf et al. (2011) som nämns i 6.1.1 gäller även för de binära lösningarna.

6.1.3 Bomullsgräs – singulär lösning

Koppar

Hanafiah et al. (2008) undersökte olika kopparkoncentrationer i singulär lösning. I separata försök varierades initialkoncentrationen koppar och koncentrationen biomassa.

Tre olika initialkoncentrationer koppar används, då koncentrationen biomassa var ungefär 6 gånger lägre än vår (2 g/l jämfört med 11,11 g/l).

3 gånger högre kopparkoncentration gav 20 gånger högre adsorptionsförmåga (Q).

Då koncentration biomassa varierades, hölls koncentrationen koppar ungefär 6 gånger högre än vår (10 mg/l jämfört med 1,6 mg/l)

6 gånger lägre koncentration biomassa gav 4 procentenheter högre adsorberad andel koppar.

11 gånger lägre koncentration biomassa gav 9 procentenheter lägre adsorberad andel koppar.

En dubblering av koncentrationen koppar ger alltså nästan en dubblering av adsorptionsförmågan (Q). Först vid ytterligare en dubblering av koncentrationen avtar förändringen av

adsorptionsförmågan (Q) något. Andelen adsorberad koppar går alltså från högre till lägre då koncentrationen biomassa minskar från 6 till 11 gånger mindre. I det här fallet är det svårare att se ett direkt samband med vår studie.

Nickel

Hanafiah et al. (2010) gjorde en studie med nickel mycket snarlik den för koppar ovan. Även här varierades koncentrationen koppar och biomassa i separata försök, och koncentrationsvärdena var i stort sett samma som i kopparstudien. Metallkoncentrationerna var dock större relativt vår studie.

Vid varierande initialkoncentration nickel, hölls koncentrationen biomassa konstant 6 gånger lägre än vår (2 g/l jämfört med 11,11 g/l).

50 gånger högre nickelkoncentration gav 361 gånger högre adsorptionsförmåga (Q).

Då koncentrationen biomassa varierades hölls koncentrationen nickel ungefär 100 gånger högre än vår.

6 gånger lägre koncentration biomassa gav 5 procentenheter lägre adsorberad andel nickel.

11 gånger lägre koncentration biomassa gav 14 procentenheter lägre adsorberad andel nickel.

(21)

17

Bomullsgräsets adsorptionsförmåga (Q) av nickel verkar inte öka i samma takt som

adsorptionsförmågan av koppar, då metallkoncentrationen ökar. Andelen adsorberad nickel visar samma tendens vid varierande koncentration biomassa, som koppar.

6.1.4. Analys av tidigare studier och arbetets likheter och skillnader

Adsorptionsförmåga Q och andel adsorberad metall

I 6.1.3. ser vi att adsorptionsförmågan (Q) ökar i liknande takt som ökningen av

metallkoncentrationer. Liknande tendens kan urskiljas i 6.1.1. för koppar. Biomassakoncentrationen verkar bli en begränsande faktor för adsorptionsförmågan (Q) först vid högre metallkoncentrationer.

Biomassan verkar då bli mättad och en ytterligare ökning av metallkoncentration ger inte lika stor ytterligare ökning av adsorptionsförmågan (Q).

I dessa studier är förhållandet mellan biomassakoncentration och metallkoncentration mycket lägre än i vår studie. Den identifierade mättnaden hos biomassan är därför inte aktuell för vår studie: vi kan vi konstatera att vår biomassa högst sannolikt inte är mättad.

Från 6.1.3. ovan ser vi att en ökning av biomassakoncentrationen ger en viss ökning av andelen adsorberad metall, men ökningen är förhållandevis liten. En dubblering av biomassakoncentrationen ger inte i närheten av dubbel adsorberad andel. Biomassakoncentrationen verkar inte vara en lika drivande faktor för adsorptionen, som metallkoncentrationen.

Den tydligaste likheten med fallstudierna är att en ökad metallkoncentration ger upphov till en ökad adsorptionsförmåga. Detta gäller för samtliga biomassor och metaller.

Andra faktorer såsom varierad mängd biomassa, pH, skaktid och temperatur kan ha inverkan på resultatet. Variation av dessa variabler är dock inget som laborationen i vårt arbete har undersökt och några direkta paralleller går därmed inte att dra med fallstudierna där detta har gjorts.

Konkurrensen

Resultaten från 6.1.2. om hur koppar och nickel konkurrerar med varandra i binär lösning talar emot vår studie. Vår studies resultat visar att mer koppar adsorberas till banan än vad nickel gör. Ashraf et al. (2011) visar det omvända, att mer nickel adsorberas. En orsak till detta skulle kunna vara att detta arbete använder betydligt lägre metallkoncentrationer (1,6mg/l) än vad Ashraf et al. (2011) gör (25mg/l), samt att mängden biomassa är olika (5 respektive 11 g/l). Nickel verkar alltså enligt denna jämförelse konkurrera ut koppar vid högre koncentrationer.

6.2 Arbetets roll för forskning och implementering ur ett HU-perspektiv

En viktig del av arbetet är att diskutera dess roll i strävan efter en hållbar utveckling. Med resultat framtagna är nästa steg att sätta in dem i ett större sammanhang. Genom att använda teorin

presenterad under avsnittet Hållbar utveckling i diskussionen, resonerar vi kring arbetets tillämplighet och roll för annan forskning och användning i samhället ur ett hållbarhetsperspektiv.

Pyramiden som presenteras i hållbar utveckling-delen, är ett av många sätt att visualisera hållbar utveckling. Denna valdes just eftersom den visualiserar väl hur tätt sammankopplad

(22)

18

hållbarhetsaspekten är med aspekter som användning i forskning och samhälle. Därmed hjälper den oss att uppfylla två delmål med studien.

I avsnitt 4; Hållbar utveckling, ges definitioner och innebörden av respektive begrepp. Nedan presenteras begreppens relevans för just detta arbete. Se figur 4 för grafisk beskrivning.

Begrepp Glavic-nivå Relevans

Purification (1) – Principles (Hög)

(Låg) Pollution control (2) – Approaches

Environmental technology (3) - Sub-systems

Environmental engineering (3) - Sub-systems

Figur 4. Figuren visar de ur Glavic & Lukman (2007) identifierade begreppen, dess nivå i den grafiska beskrivningen samt dess relevans för detta arbete.

Purification

Begreppet har hög relevans för detta arbete. Purification definieras som en princip och handlar om avlägsnandet av oönskade partiklar, organiskt material eller andra orenheter genom mekanisk, kemisk eller biologisk rening. Detta ska också bidra till miljöförbättring och livskvalité. Det här arbetet handlar om avlägsnandet av metaller från förorenat vatten genom kemiska processer – adsorption.

Detta vatten rinner ut i vattendrag, våtmark, sjöar och förorenar dessa områden med påverkan på växt- och djurliv som resultat. Arbetet följer därmed mer eller mindre definitionen av begreppet och ligger även till grund för vidare utveckling av teknik som kan användas i områden med läckage av förorenat vatten. Detta resonemang visar också att arbetet platsar in i förklaringen av principer (principles), där begreppet ingår. Principer ska ge vägledning och bidra till upprättandet av andra system på högre nivåer närmare implementering, till exempel genom att kartlägga olika biomassors adsorptionsförmåga.

Pollution control

Pollution control är ett begrepp som syftar till att minska effekterna av föroreningar innan dessa släpps ut i miljön, genom någon typ av rening. KEX-arbetet behandlar rening av de föroreningar som kontinuerligt lakas ur från gruvområdet, det vill säga rening av föroreningar innan de släpps ut i miljön. Detta begrepp anser vi har något mindre relevans i arbetet än purification, eftersom det inte är avgränsat till en specifik metod eller teknik. I vårt fall med gruvan skulle pollution control kräva, utöver själva reningstekniken (purification), någon typ av konstruktion eller anläggning för att kunna appliceras. Detta stämmer överens med den generella beskrivningen av tillvägagångssätt

(approaches) där Pollution control ingår: begreppen på denna nivå av pyramiden utgör mer komplexa system, där principerna tillämpas. De tre dimensionerna av hållbarhet är tätare sammankopplade.

(23)

19 Environmental technology

Environmental technology ligger på samma systemnivå som environmental engineering. Fritt översatt från den engelska definitionen syftar environmental technology (Miljöteknik) till att genom

systematiskt tänkande implementera resurseffektivitet, avfalls-minskning/återvinning, utsläppsminskning av föroreningar och minimera risker kopplade till kemikalier i

produktionsprocesser. Vårt KEX-arbete berör begreppet eftersom det handlar om att minska utsläppet av metallföroreningar i vatten. Projektet behandlar även resurseffektivitet i och med att restprodukter i form av biomassa kommer att komma till användning i reningsprocessen. Vi anser att relevansen för vårt arbete minskar ytterligare på den här systemnivån, med ett liknande resonemang som ovan. Environmental technology är en av strategierna (strategies) som bildar ännu mer

komplexa system. Det är ytterligare ett steg mot implementering där tillvägagångssätten (approaches) tillämpas.

Environmetal engineering

Environmental engineering syftar enligt definitionen till utformandet, konstruerandet och

användandet av teknik för att minimera utsläpp av föroreningar och dess risker gentemot människors hälsa och miljö. Detta arbete syftar just till att bidra till möjligheterna att utveckla billig och effektiv teknik som kan användas vid rening av förorenat vatten. Restprodukter från jordbruk som normalt inte används kommer till användning i konstruktion av reningsteknik. Även om förhoppningen med detta arbete är att bidra till möjligheterna att utveckla teknik så är inte syftet att utforma, konstruera och använda tekniken. Syftet är, vilket beskrivs i Purification ovan att titta på de kemiska

mekanismerna och dess effektivitet. Environmental engineering är, likt environmental technology en så kallad strategi (sub system strategy), vilka kopplar ihop tillvägagångssätten (approaches) och kan sägas förvekliga teorier och implementera utvecklad teknik. På så sätt har environmental engineering en relativt låg relevans för detta arbete, eftersom tekniken ännu inte är utvecklad och således är långt ifrån implementering i samhället. En implementering skulle exempelvis kräva vidare planering för var det erhållna avfallet i form av använda biomassor skulle förvaras. Deponering,

återanvändandet av metallerna i någon form av utvinning från biomassorna är områden som tåls att vidare diskuteras, vilka även dessa hör ihop med begreppet.

Begrepp; Sammanfattning samt koppling till forskning och implementering

En tydlig trend i begreppsdiskussionen, är att samtliga begrepp har övervägande miljömässig dimension samt att relevansen för vårt arbete ökar när man rör sig mot lägre systemnivåer. Det för detta arbete mest relevanta begreppet purification tillhör principer (principles), det är en tydligt avgränsad metod med övervägande miljömässig dimension. Vi tolkar de avgränsade metoderna i botten av pyramiden som mest användbara för vidare forskning, därmed är också vårt arbete relevant för vidare forskning.

Purification utgör i sin tur en del i tillvägagångssättet Pollution control på en högre systemnivå. De avgränsade begreppen i form av principer (principles) integreras i mer komplexa system där social, miljömässig och ekonomisk hållbarhet är tätare sammankopplade, och vi tolkar det som ett steg mot

(24)

20

implementering. Samtidigt minskar relevansen för vårt arbete på denna nivå eftersom man rör sig bort från strikt teoretiskt fokus.

Environmental engineering och environmental technology är båda strategier (strategies); breda helhetsbegrepp som integrerar tekniker och tillvägagångssätt i ännu komplexare system. De tre traditionella hållbarhetsdimensionerna sammankopplas ytterligare på väg mot sustainability policy – en teoretiskt fullständig integrering av hållbarhet.

Ju närmare implementering begreppen ligger, desto mindre direkt relevans har de för vårt projekt.

Även om detta arbete har sin utgångspunkt ur gruvområdet i Uganda finns så många fler steg på vägen att en faktisk implementering inte ännu verkar vara i sikte. Mer forskning och sammankoppling mellan dessa olika nivåer krävs. Därmed anser vi inte att vårt arbete kommer att kunna användas i direkt implementering.

(25)

21

7. Slutsats

Varje delmål kopplas ihop med nedanstående slutsatser.

Delmål 1 & 2. I tabell 11 och 12 sammanfattas resultaten.

Tabell 11. Laborationsresultatssammanställning.

Metallkoncentrationer i lösning 1,6 mg/l Cu 0 mg/l Ni

0 mg/l Cu 0,1 mg/l Ni

1,6 mg/l Cu 0,1 mg/l Ni

1,6 mg/l Cu 1,6 mg/l Ni Banan

Adsorptionsförmåga (Q) Koppar (µg/g) 126 - 127,6 112,1

Adsorptionsförmåga (Q) Nickel (µg/g) - 6,1 6,1 69,5

Adsorberad andel koppar (%) 87,5 - 89,2 77,9

Adsorberad andel nickel (%) - 68,2 68,4 48,3

Bomullsgräs

Adsorptionsförmåga Koppar (µg/g) 110,4 - 112,5 109,2

Adsorptionsförmåga Nickel (µg/g) - 5,9 5,8 100,4

Adsorberad andel koppar (%) 76,6 - 78,6 75,8

Adsorberad andel nickel (%) - 65,7 65,4 69,7

I en lösning där koncentrationen av kopparjoner dominerar, verkar banan vara en bättre adsorbent.

När kopparjonerna får konkurrens i form av nickeljoner i samma koncentration, verkar bomullsgräs vara ett bättre alternativ.

Delmål 3. Den tydligaste likheten med fallstudierna är att en ökad metallkoncentration ger upphov till en ökad adsorptionsförmåga. Detta gäller för samtliga biomassor och metaller.

Biomassakoncentrationen verkar bli en begränsande faktor för adsorptionsförmågan (Q) först vid högre metallkoncentrationer. Den här identifierade mättnaden är dock inte aktuell för vår studie, då förhållandet mellan biomassakoncentration och metallkoncentration är mycket högre i vår studie.

Tidigare studier tyder på att biomassakoncentrationen generellt inte verkar vara en lika drivande faktor för adsorptionen, som metallkoncentrationen. Andra faktorer såsom varierad mängd biomassa, pH, skaktid och temperatur, som inte undersökts i vårt arbete, kan ha inverkan på resultatet.

När det gäller konkurrensen mellan metallerna, visar vår studie att banan adsorberar koppar bättre än nickel vid likvärdiga metallkoncentrationer. En tidigare studie visar det omvända, att mer nickel adsorberas. En orsak till detta skulle kunna vara att nickel konkurrerar ut koppar vid högre

metallkoncentrationer.

Delmål 4. Genom användandet av en utvald teori om hållbar utveckling har vi undersökt arbetets roll ur ett hållbarhetsperspektiv. I grunden handlar arbetet om borttagandet av oönskade partiklar genom kemisk rening, en princip - en tydligt avgränsad metod i hållbarhetsarbete med övervägande miljömässig dimension. Det i sin tur behöver integreras i begrepp som syftar på större och

komplexare system där de olika hållbarhetsdimensionerna är tätatare sammankopplade. Vårt arbete har en tydlig relevans för dessa begrepp, om än ingen direkt koppling.

(26)

22

Delmål 5. Vårt arbete handlar således inte om utformandet, konstruerandet och användandet av reningsteknik i mer komplexa system. Den avgränsade metoden som är grunden i vårt arbete, fyller istället framför allt en roll i vidare forskning.

Den avgränsade metoden som är grunden i vårt arbete, fyller framför allt en roll i vidare forskning.

Vårt arbete handlar inte om utformandet, konstruerandet och användandet av reningsteknik i mer komplexa system. Att arbetet skulle leda till direkt implementering i gruvområdet i Uganda ligger därmed inte nära till hands.

(27)

23

8. Referenser

ALS Life Sciences. (2016). Analystekniker. Tillgänglig 2016-05-04 från https://www.alsglobal.se/als- scandinavia/analystekniker

Asiimwe, W. 2014. Kilembe mines rehabilitation starts. New Vision Uganda’s Leading Daily.

Tillgänglig 2016-02-01 från http://www.newvision.co.ug/new_vision/news/1341497/kilembe-mines- rehabilitation-starts

Ashraf, M. A., Wajid, A., Mahmood, K., Maah, M. J., & Yusoff, I. (2011). Low cost biosorbent banana peel (musa sapientum) for the removal of heavy metals. Scientific Research and Essays, 6(19), 4055- 4064.

Burrows, A., Holman, J., Parsons, A., Pilling, G. & Price, G. 2009. Analytical Chemistry. I Burrows, A., Holman, J., Parsons, A., Pilling, G. & Price, G, Chemistry 3, introducing inorganic, organic and physical chemistry (s. 526). 2a uppl. Oxford. Oxford University press.

Bakyayita, G.K. (2014). Equilibrium and Kinetic Batch Studies of Cadmium and Lead Sorption using Low Cost Biosorbents. TRITA-LWR Licentiate Thesis 14:04

Denny, P., Bailey, R., Tukahirwa, E. & Mafabi, P. (1995). Heavy metal contamination of Lake George (Uganda) and its wetlands. Hydrobiologia 297 : 229-239.

Glavic, P., & Lukman R. (2007). Review of sustainability terms and their definitions. Journal of cleaner production. 15:1875-1885. doi: 10.1016/j.jclepro.2006.12.006

Gustafsson, J. P., Jacks, G., Simonsson, M., & Nilsson, I. (2010a). Adsorption. I J. P. Gustafsson, G.

Jacks, M. Simonsson, & I. Nilsson, Mark- och vattenkemi, Teori (p. 60-76). Stockholm, Institutionen för mark och vattenteknik, KTH; SLU.

Gustafsson, J. P., Jacks, G., Simonsson, M., & Nilsson, I. (2010b). Metaller och spårämnen. I J. P.

Gustafsson, G. Jacks, M. Simonsson, & I. Nilsson, Mark- och vattenkemi, Teori (p. 119-130).

Stockholm, Institutionen för mark och vattenteknik, KTH; SLU.

Hartwig, T., Owor, M., Muwanga, A., Zachmann, D. & Pohl, W. (2005). Lake George as a Sink for Contaminants Derived from the Kilembe Copper Mining Area, Western Uganda. Mine Water and the Environment, 24: 114–124.

Hanafiah, M. A. K. M., Zakaria, H. and Ngah, W. S. W. (2010). Base Treated Cogon Grass (Imperata cylindrica) as an Adsorbent for the Removal of Ni(II): Kinetic, Isothermal and Fixed-bed Column Studies. Clean Soil Air Water, 38: 248–256. doi: 10.1002/clen.200900206

Hossain, M. A., Ngo, H. H., Guo, W. S., & Nguyen, T. V. (2012). Removal of copper from water by adsorption onto banana peel as bioadsorbent. International Journal of GEOMATE, 2(2), 227-234.

Norrström, A-C. 2016. E-mail 2016-02-28. < ann-catrine.norrstrom@abe.kth.se >.

Scantec Nordic. (2016). ICP-MS, Inductively Couples Plasma Mass Spectrometry. Tillgänglig 2016-05- 04 från http://www.scantecnordic.se/produktomr%C3%A5den/spektroskopi/icp-ms-30790585

(28)

24

US National Germplasm System. (2009). Taxonomy Musa paradisiaca L. Tillgängligt 2016-05-20 från https://npgsweb.ars-grin.gov/gringlobal/taxonomydetail.aspx?70453

WHO. 2004. Copper in Drinking-water: Background document for development of WHO Guidelines for Drinking-water Quality. Tillgänglig 2016-03-09 från

http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/chemicals/copper/en/

WHO. 2007. Nickel in Drinking-water: Background document for development of WHO Guidelines for Drinking-water Quality. Tillgänglig 2016-03-09 från

http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/chemicals/nickel/en/

WHO. 2008. Guidelines for Drinking-water Quality. Incorporating 1st and 2nd addenda, Vol.1, Recommendations. – 3rd ed. Geneva Tillgänglig 2016-03-21 från

http://apps.who.int/iris/bitstream/10665/204411/1/9789241547611_eng.pdf?ua=1 Wikimedia. (2016a). Musa paradisiaca. Tillgänglig 2016-04-21 från

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/80/Imperata_cylindrica,_pluime,_Groenkloof_

NR.jpg

Wikimedia. (2016b). Imperata cylindrica. Tillgänglig 2016-04-21 från

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/80/Imperata_cylindrica,_pluime,_Groenkloof_

NR.jpg

(29)

25

Appendix A

Provnr Märkning* Biomassa [Cu] (mg/l) [Ni] (mg/l) pH m (g)

1 1M1 Musa spp 1,6 0 6,26 0,5

2 1M2 Musa spp 1,6 0 6,47 0,49

3 1M3 Musa spp 1,6 0 6,45 0,51

4 2M1 Musa spp 0 0,1 6,41 0,5

5 2M2 Musa spp 0 0,1 6,33 0,5

6 2M3 Musa spp 0 0,1 6,43 0,5

7 3M1 Musa spp 1,6 0,1 6,34 0,51

8 3M2 Musa spp 1,6 0,1 6,34 0,5

9 3M3 Musa spp 1,6 0,1 6,4 0,5

10 4M1 Musa spp 1,6 1,6 5,61 0,5

11 4M2 Musa spp 1,6 1,6 5,59 0,5

12 4M3 Musa spp 1,6 1,6 5,48 0,5

13 1I1 Imperata Cylindrica 1,6 0 5,96 0,5

14 1I2 Imperata Cylindrica 1,6 0 6,08** 0,5

15 1I3 Imperata Cylindrica 1,6 0 6,03 0,5

16 2I1 Imperata Cylindrica 0 0,1 5,97 0,5

19 3I1 Imperata Cylindrica 1,6 0,1 6,12 0,5

* i 1M2 är exempelvis: 1 = extraktionslösning nr 1, M = Musa spp, 2 = provexemplar nr 2 (av 3 i serien). ** pH låg stabilt på 6,08, men mätaren avslutade aldrig mätningen, utan avbröts manuellt efter ca 2 min.

Extraktionslösningar 1. 1,6 mg/l Cu 2. 0.100 mg/l Ni

3. 1,6 mg/l Cu and 0,100 mg/l Ni 4. 1,6 mg/l Cu and 1,6 mg/l ni

(30)

26

Appendix B

ID Uppmätt koncentration

nickel, Ce,Ni (µg/l)

Uppmätt koncentration

koppar, Ce, Cu (µg/l)

Adsorptionsförmåga nickel, Qni (µg/l)

Adsorptionsförmåga koppar, Qcu (µg/l)

Adsorberad andel nickel (%)

Adsorberad, andel koppar (%)

1M1 26,91 241,17 -2,42 122,29 84,93

1M2 22,14 175,45 -2,03 130,83 89,03

1M3 18,99 183,73 -1,68 124,96 88,52

Medelvärde -2,04 126,03 87,49

Standardavvikelse 0,31 3,56 1,83

2M1 39,03 8,66 5,49 -0,78 60,97

2M2 26,17 10,17 6,64 -0,92 73,83

2M3 30,23 11,26 6,28 -1,01 69,77

Medelvärde 6,14 -0,90 68,19

3M1 29,16 170,05 6,25 126,17 70,84 89,37

3M2 38,12 157,28 5,57 129,84 61,88 90,17

3M3 27,45 192,34 6,53 126,69 72,55 87,98

Medelvärde 6,12 127,57 68,42 89,17

Standardavvikelse 0,40 1,62 4,68 0,91

4M1 700,78 350,45 80,93 112,46 56,20 78,10

4M2 956,74 311,07 57,89 116,00 40,20 80,56

4M3 825,35 400,56 69,72 107,95 48,42 74,97

Medelvärde 69,51 112,14 48,27 77,87

1I1 3,12 350,45 -0,28 112,46 78,10

1I2 2,52 400,12 -0,23 107,99 74,99

1I3 2,13 370,73 -0,19 110,63 76,83

Medelvärde -0,23 110,36 76,64

2I1 37,45 12,89 5,63 -1,16 62,55

2I2 39,97 16,57 5,40 -1,49 60,03

2I3 25,45 11,67 6,71 -1,05 74,55

Medelvärde 5,91 -1,23 65,71

3I1 34,06 349,52 5,93 112,54 65,94 78,16

3I2 30,89 325,92 6,10 112,42 69,11 79,63

3I3 38,73 349,85 5,51 112,51 61,27 78,13

Medelvärde 5,85 112,49 65,44 78,64

4I1 482,67 401,69 102,61 110,05 69,83 74,89

4I2 469,75 347,59 99,73 110,51 70,64 78,28

4I3 501,67 411,45 98,85 106,97 68,65 74,28

Medelvärde 100,40 109,18 69,71 75,82